Характерная длина и короткоканальные эффекты

Электростатические качества объемного транзистора, ПО КНИ МОП-транзистора и прибора с двойным затвором сравнивались на рис.8.2. Было показано, что электростатическое качество может быть улучшено путем уменьшения толщины подзатворного оксида и/или уменьшением толщины слоя кремния (глубина залегания перехода в случае объемного транзистора). Теперь продолжим анализ других типов многозатворных МОП-транзисторов.

Распределение потенциала в канале ПО многозатворного МОП-транзистора может быть получено решением трехмерного уравнения Пуассона в приближении полного обеднения:

. (8.7)

Уравнение может быть переписано в форме

. (8.8)

Рис.8.8.Система координат и компоненты электрического поля в многозатворном приборе.

Данное соотношение означает, что в любой точке (x, y, z) канала сумма вариаций компонентов электрического поля в направлении осей x, y и z равна константе. Таким образом, если одна из компонент электрического поля увеличивается, другие компоненты (или, что точнее, их сумма) должны уменьшаться. Компонента поля E_x соответствует воздействию поля стока на область канала, и, следовательно, ответственна за короткоканальные эффекты. Влияние E_x на малый элемент области канала, определяемого координатами (x, y, z) (рис. 8.8) может быть уменьшено путем увеличения длины канала L или увеличения контроля канала, приводимого в действие верхним/нижним затворами или боковыми затворами . Это может быть достигнуто уменьшением толщины слоя кремния и/или ширины плавника W_Si. Кроме того, увеличение и, отсюда, лучшее управление каналом затворами и устранение ККЭ может быть получено путем увеличения числа затворов: может быть увеличено введением двух затворов (верхнего и нижнего) вместо одиночного затвора, а увеличивается за счет боковых затворов. Рис.8.8 иллюстрирует, как происходит управление каналом электрическим полем из затворов и стока.

В случае широкого одно- или двухзатворного (верхний и нижний затворы) транзистора мы имеем , и уравнение Пуассона принимает вид:

. (8.9)

Упрощенный одномерный анализ ПО прибора дает параболическое распределение потенциала в слое кремния в направлении y (вертикальном) [5]. Предполагая подобное распределение в направлении y,для двухмерного анализа уравнения Пуассона можно записать:

(8.10)